错位时空：与古人分享日常 第83章 四大基本力

下班后，陈勇回想起中午观众的反馈，很多人都在想陈勇提到的抗洪事件，也有一些工匠理工想了解，什么是重力坝。

陈勇看了看时间，还比较早，既然如此，那就花一点时间先讲解讲解物理学方面的一些知识吧，让他们明白什么才是真正的真理。

陈勇先解释了一下什么是重力坝：“重力坝简单来说就是由混凝土或石料修筑的，主要依靠坝体自重保持自身稳定的坝，乍一听就像是疯狂堆料的产物，但里面有很高的学问，不过现在我们先讲讲什么是重力”。

因为涉及基础力学，那牛爵爷自然是绕不开的，所以先简单的介绍了一下牛顿三大定律及相关的基础力学，很快就讲到了重力方面。

陈勇：“你们此前都知道地球是个球体，还会转，那我们为什么能站在上面不会飞出去呢，自然是因为重力，重力是万有引力的一个分力，由于地球的自转，物体在地球上所受到的重力并不完全等于万有引力，而是万有引力与向心力的合力，向心力的表现很多人都观察过，比如说甩一个被细绳系住的小球，小球会绕着圆心转，那么万有引力又是什么呢”。

“万有引力定律认为，大到宇宙天体，小到尘埃，任何物体之间都具有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比例，与它们之间距离的平方成反比”。

“其公式可以表述为：两个物体之间的引力（F）等于一个常数（G，称为万有引力常数）乘以两个物体质量（m1和m2）的乘积，再除以它们之间距离（r）的平方”。

“根据万有引力定律，地面上的万物都被地球这个大物体所吸引，因此它们不会随意飞离地面。例如，树上的果子在成熟后会因为受到地球的引力而掉落到地面，高处的东西如果失去支撑也会因为同样的原因往下掉。这些都是受到重力影响的表现。对于重力坝来说，由于坝体与地球之间的距离基本保持不变，且地球的质量几乎不变，根据公式可得，坝体自身质量越大，它受到的向下的力就越大，这使得坝体更加牢固地稳定在地面上”。

天幕下。

一群连秀才都考不上的自诩为读书人的家伙聚在一起，不屑地嘲讽道：“这有啥用，村中的老汉都知道的事，那磨盘当然比沙粒要更稳当，净整些玄玄乎乎的玩意”。

“说的还有模有样的，谁不知道果子会掉地上，学这些那简直是浪费时间”。

“然矣，后世真的是，为了学西方那套，还特地花时间说什么孔后人投降，不就想说我们学的东西不好吗，现在一看，这后生自己学的东西更无用”。

“就是就是，还整的一套一套的，还公式呢，笑死人了，这么简单的问题还要说这么一通”。

天幕下这种人并不少，因为他们觉得这不是应该的吗，本就这样啊。

然而也有不少人甘之如饴，仿佛被推开了一扇大门，见到了真理的冰山一角，他们疯狂的记录者陈勇的话，甚至有人在思考，这个常量是什么，公式有了，但产量值得不出来，那也是白瞎，不过很快陈勇就解答了他们的疑惑。

“这里还有个小故事，那就是那个常量G，定律虽好，要想派上实际用场，还得知道G的值。然而，这个值到底是多少，连牛顿本人都不清楚，地球上一般物体的质量太小，引力几乎为零，而宇宙里的天体又太大，难以评估其质量。于是，在万有引力定律提出后的100多年里，G值一直是个未解之谜”。

“直到一位名叫卡文迪许的科学家,设计出一个巧妙的扭秤实验。再说这个试验之前，咱们先来看看米歇尔，他在剑桥大学研究磁力时发明了一种巧妙的方法可以观察到微小的磁力变化，他将条形磁铁用一根石英丝横吊起来，再用另一块磁铁去吸引它，这时石英丝就发生扭转，记录下扭转角度，待会只需要逐渐增大施加的力来总结扭转角度与力的关系，就可以得出刚才磁力的大小”。

“基于这个实验，卡文迪许制作了一个轻便而结实的t形框架，并把这个框架倒挂在一根细丝上。如果在t形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力，细丝就会扭转一个角度，根据t形架扭转的角度，就能测出受力的大小”。

“卡文迪许在t形架的两端各固定一个小球，再在每个小球的附近各放一个大球，因为万有引力，小球应该被吸引从而导致细丝扭转，为了测定微小的扭转角度，他还在t形架上装了一面小镜子，用一束光射向镜子，经镜子反射后的光射向远处的刻度尺，当镜子与t形架一起发生一个很小的转动时，刻度尺上的光斑会发生较大的移动。这样，万有引力的微小作用效果就被放大了”。

“现在力的大小有了，半径和质量直接测量就是了，那G值自然就算出来，根据这个实验，算出了历史上第一个万有引力常数G值——6.67x10（-11） N·m2\/kg2”。

汉-张衡

“天才啊！如此简洁却又精妙绝伦的装置，竟然能够凭借这般简单的构造就计算出常量，太厉害了！”张衡看完实验惊得直接站了起来，兴奋的在房内来回踱步，而后他灵光一现，“既然有了这个计算公式，如果我们能知晓地球的半径，那不就能够推算出地球的质量吗？”想到此处，他的心跳愈发剧烈。

“没错，根据刚刚所讲述的力学方面的公式，我们完全可以通过实验测量出重力加速度从而得到力的数值。然后，再依据太阳系模型，借助日食和月食等天文现象，便能够推导出地球的半径……哈哈，一定行得通！”张衡越说越是兴奋，声音也不自觉地提高了几分。

此时的张衡已然沉浸在了自己的构想之中，无法自拔。他仿佛看到了成功就在眼前，只要能够顺利采集到所需的数据，那么他完全可以计算出地球的质量。

而此时此刻，在天幕之下，许多其他的学者们同样也被这新奇的知识深深吸引，并产生了与张衡相似的念头。他们或是埋头苦思设计着各种各样别出心裁的实验方案，或热烈地讨论着如何更好地去验证天幕中所提及的那些理论，一场轰轰烈烈的探索之旅正在悄然展开……

陈勇：“既然都了解了四大力中的万有引力，其他几个也和你们讲讲，宇宙四大基本力分别是引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力”。

然而，引力和电磁力相对好一些，强、弱相互作用这种那就太难搞了，主要还是说引力和电磁力，另两个陈勇也是在简单讲了微观粒子的概念后带了几句，顺便放了个十分钟左右的科普视频。

天幕下，一堆人听着各种力，听着各种粒子，都绕懵了了，有一种陷入知识的海洋但是快要淹死的感觉了，以至于听到后面，完全被这段视频所搭配的宇宙背景，被那浩瀚的星空、璀璨的星云给吸引了，最后得出结论，宇宙竟是如此的宏伟壮观，至于知识，则是嗖一声划过去了。

在介绍了电磁力之后，陈勇举了个例子，陈勇：“木桌上有一杯子，木桌对杯子的支持力，从微观上看是构成木头的原子的外层电子和构成玻璃的原子的电子之间的排斥，宏观上就是木桌支撑住了杯子，这个支持力就是电磁力的一种表现。同时维持木桌木板固体形状的，也是电磁力，电磁力使得粒子只能在相对固定的位置上振动，而不会像液体或气体那样自由移动”。

“由此简单可得，如果一种材料其内部微观粒子的电磁相互作用较弱，那其提供的支持力会小，就像一块豆腐渣和一块石头的区别，我们回到重力坝的话题，重力坝要依靠自身质量来固定自己，但如果质量太大，坝体的底层可能会因为无法提供足够大的支撑力而把自己压垮。因此，我们需要选择足够好的材料来建造大坝。当然了，上述例子有些片面，因为在实际中，还需要很多其他因素，如材料的韧性、耐久性、抗渗性等。这个解释只是从一个方面说明了问题，但这恰恰说明了其中包含着丰富的学问和复杂的考量”。

“所以说，这里头的学问大吧，经验会告诉你大型建筑要用好材料，但科学会告诉你为什么要用好材料”。

“可能你们还是觉得这些没什么用，尤其是一部分读圣贤书的，那我举个简单的例子，钢是什么，你们知道吗。其实哪怕是打了一辈子铁的人都不一定知道，所以你们的刀剑做的再好，也会出现，大家都是这样锤打，为什么他的更好呢，因为你们对物质的认识还比较匮乏。片面的讲，钢其实就是有杂质的铁，你们可以凭借经验靠着反复捶打铁块锻打出钢材，但你们不知道碳含量及其他元素的知识，所以只能靠经验，偶尔往里加点东西靠着运气造出个好东西，但复刻就看命了。而我们可以研发出型号众多的钢材，比如50mnSi4钢，60Si2mn钢，说多了那就跟念咒似的，能做到特殊工程用特殊钢材，架桥的，铺铁轨的，还有民用的不锈钢等等等等”。

“一些材料确实是无意发现或蒙出来的，但大部分材料还是靠着对物质的认识才钻研出来的，都不说飞机坦克的那些材料了，就比如说车床的刀具，造大炮也好气缸也罢，加工车间没好的刀具钻头等，是很难办的，这时你就能体现科技水平的重要性了，明白什么叫科技是第一生产力了”。

“这让我想起我们这个时代一种小说题材，穿越小说，就是回到你们那个时代造火药，然后造反。一硝二硫三木炭口诀念的溜，但其实是造不出实用的枪火药的，因为后面还有一句，炸的效果不一样，毕竟杂质是个大问题，这个口诀就是经验，真正开始造了，发现问题，按现实改良配方，提高纯度，多样本对比，才能造出好用的东西，这个就是科学”。

天幕下，皇帝们无语了，你说就说嘛，干嘛提一句造反啊。还有。你们那要吃的有吃的，要穿有穿，一天天的手机不离手，干嘛来我们这，而且来这还是为了造反，大可不必，你们还是别来了，这技术还是你们留着吧。不过那一硝二硫三木炭倒是有点用，虽然不知道具体配方，但材料已经说出来了，居然这么简单，就看有谁能先试出来了。

“为什么我看这些都有些简单的过分，火药我们药铺，但那加的东西有十一二种了吧，结果主要就是三样东西，还有锻钢要控制炭含量，被天幕这么一说，感觉好明朗了”。

“那些公式也好简单，虽然还是不懂....，但真的好简洁啊，整个宇宙都围绕这四种力运行”。

就在众人惊呼真理的简洁优美时，有人冒了出来，说了这么一句话：“我认为，真理应当是简洁的，圣人的言论也是简单的，有人故意让我们不懂的”。

“.....”

陈勇：“从经验到科学，从运气到专研，这就是古今的区别，借用三体里面史强的一句台词：一个古代的王国，他们的技术也在进步，能为士兵造出更好的刀、剑、长矛，甚至还有可能造出像机关枪那样连发的弓箭呢，但如果他们不知道物质是由原子、分子组成的，就永远造不出导弹和卫星，科学水平限制着呢”。

介绍完这些东西后，陈勇休息了一会，打算介绍一下那次抗洪事件，也让先辈们知道，他们的这支部队，依旧为人民而战，依旧履行着他们的职责。